Identification de marqueurs cérébraux de la fonction motrice par Imagerie par Résonance Magnétique fonctionnelle couplée à la cinématique : comparaison entre sujets sains et pathologies neuromotrices

Identification of brain markers of motor function with functional Magnetic Resonance Imaging coupled with kinematics : comparison between healthy subjects and neuromotor pathologies

• Auteur / Autrice : Zakaria Belkacemi
• Direction : Emmanuelle Le bars, Denis Mottet
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 26/06/2025
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Information, Structures, Systèmes
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : EuroMov Digital Health in Motion
• Jury : Président / Présidente : Jozina De graaf
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Emmanuelle Le bars, Elise Bannier, Frédéric Grouiller, Gérard Dray, Tchechmedjiev Andon
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Elise Bannier, Jozina De graaf

Mots clés

Mots clés libres

IRMf

Cinématique

Traitement de signal

Biomarqueurs

Régression

FMRI

Kinematics

Signal processing

Biomarkers

Regression

Résumé

Les troubles neuromoteurs post-AVC, affectant significativement la qualité de vie, présentent une récupération motrice variable liée à la plasticité cérébrale. L'IRMf, outil précieux pour l'analyse de la plasticité, souffre de limitations dues à la variabilité inter-sujets dans l'exécution des tâches motrices. Pour y remédier, nous avons développé une nouvelle méthode d'intégration des données cinématiques dynamiques en temps réel à l'analyse IRMf, surpassant les approches existantes. Après une revue de littérature démontrant le manque d'intégration dynamique de données cinématiques dans l'analyse IRMf individuelle, un système optique de capture de mouvement a été utilisé sur 25 témoins sains et un patient post-AVC effectuant une tâche de flexion-extension du coude. Différentes méthodes d'intégration de la vitesse de mouvement ont été testées et validées chez les témoins, avec une correction de la variabilité inter-sujets par analyse en composantes principales. L'approche de correction a montré des résultats similaires aux méthodes classiques chez les témoins, mais des différences significatives chez le patient, notamment l'activation de régions cérébrales liées à l'inhibition à 3 mois post-AVC. La comparaison longitudinale des activations du patient a révélé une récupération progressive des activations motrices. En conclusion, cette intégration dynamique de la cinématique améliore l'analyse de la récupération motrice post-AVC, suggérant des stratégies de contrôle moteur adaptatives et ouvrant des perspectives pour la rééducation.

Post-stroke neuromotor disorders significantly impact quality of life, exhibiting variable motor recovery driven by brain plasticity. While fMRI is a valuable tool for analyzing this plasticity, its application is limited by inter-subject variability in motor task execution. To address this, we developed a novel method integrating real-time dynamic kinematic data into fMRI analysis, surpassing existing approaches. Following a literature review highlighting the lack of dynamic kinematic integration in individual-level fMRI analysis, we employed an optical motion capture system with 25 healthy controls and a post-stroke patient performing elbow flexion-extension tasks. Several methods for integrating movement velocity were tested and validated in controls, incorporating principal component analysis to correct for inter-subject variability. Our corrected approach yielded similar results to classical methods in controls, but revealed significant differences in the patient, notably activation of inhibition-related brain regions at 3 months post-stroke. Longitudinal comparison of patient activations demonstrated progressive recovery of motor activations. In conclusion, this dynamic kinematic integration enhances the analysis of post-stroke motor recovery, suggesting adaptive motor control strategies and opening new avenues for rehabilitation.